Analiza e shtrembërimit të sinjalit Sin/Cos në zgjidhjet e tipit ngurrim nën ndërhyrje të fuqishme elektromagnetike - Sensori i zgjidhësit EV

Në aplikime të tilla si disqet elektrike të automjeteve me energji të re dhe servo industriale, të tipit ngurrim zgjidhësit përdoren gjerësisht si sensorë të pozicionit të rotorit të motorit. Ato nuk përmbajnë çipa gjysmëpërçues, i rezistojnë temperaturave të larta dhe i rezistojnë dridhjeve - duken shumë 'të thyer'. Megjithatë, shumë inxhinierë hasin në një problem të çuditshëm në vend: sapo fuqia e motorit rritet dhe frekuenca e ndërrimit PWM rritet, sinjalet dalëse të sinusit/kosinusit të zgjidhësit zhvillojnë defekte, defekte të rrafshëta dhe të tjera që çojnë në animim të këndit. nervozizëm, valëzim çift rrotullues dhe madje edhe defekte të kontrolluesit.

I. Si duket një sinjal normal zgjidhës sinus/kosinus?

Struktura e një zgjidhësi të tipit të ngurtësimit është relativisht e thjeshtë: statori mbart një mbështjellje ngacmimi dhe dy mbështjellje hapësinore ortogonale, ndërsa rotori është bërë nga shtylla të spikatura me formë të posaçme prej çeliku silikoni pa mbështjellje. Një ngacmim sinusoidal me frekuencë të lartë aplikohet në mbështjelljen e ngacmimit:

Kur rotori rrotullohet me një kënd θ , dy mbështjelljet e daljes induktojnë përkatësisht:

Në praktikë, çdo sinjal është diferencial, p.sh., S1-S3 dhe S2-S4. Siç mund të shihet, dalja e zgjidhësit është një bartës me frekuencë të lartë amplituda e të cilit modulohet nga këndi i rotorit  θ  . Në një oshiloskop, format e valës shfaqen si dy mbështjellës që ndryshojnë me kënd si sinus dhe kosinus, përkatësisht.

Çipi i dekodimit - Konvertuesi Zgjidhës në Dixhital (RDC) - demodulon këto sinjale, nxjerr zarfet dhe llogarit këndin nëpërmjet  

II. Nga vjen ndërhyrja e fortë elektromagnetike

Zgjidhësi zakonisht montohet në fundin e motorit, i rrethuar nga një mjedis tipik i ndërhyrjes elektromagnetike të fortë:

·  Ndërrimi me shpejtësi të lartë i IGBT/MOSFET : Frekuenca e bartësit PWM e kontrolluesit të motorit është zakonisht në intervalin nga disa kHz deri në dhjetëra kHz, por skajet e ndërrimit janë vetëm dhjetëra deri në qindra nanosekonda, me spektra që shtrihen deri në dhjetëra MHz.

·  Zbarrat e fuqisë dhe kabllot fazore : Ndryshimet e shpejta në rrymë të lartë dhe tension të lartë gjenerojnë fusha të forta elektrike dhe magnetike.

·  Operacionet e kontaktorit dhe stafetës : Prodhojnë pulse harkore dhe kalimtare.

·  Konvertuesit e fuqisë : Grumbullim dhe harmonikë nga furnizimet me energji elektrike.

Pasi këto interferenca bashkohen në linjat e sinjalit të zgjidhësit, ato mbivendosen mbi sinjalet e pastra të sinusit/kosinusit.

III. Si hyn interferenca në zinxhirin e sinjalit

Ekzistojnë katër rrugë kryesore përmes të cilave interferenca hyn në zinxhirin e sinjalit të zgjidhjes:

1. Lidhja rrezatuese
Linjat e energjisë dhe nyjet komutuese veprojnë si antena transmetuese, ndërsa parzmoret e kabllove të zgjidhësve veprojnë si antena marrëse. Kur parzmoret e zgjidhësve drejtohen paralelisht me kabllot e energjisë, fushat elektromagnetike me frekuencë të lartë nxisin tensione direkt në parzmore.

2. Ndërhyrja e bashkimit përçues
hyn në sistemin e zgjidhjes përmes linjave të furnizimit me energji ngacmuese ose furnizimit me energji të bordit të dekoderit dhe më pas bashkohet në anën e sinjalit.

3. Dallimet e potencialit të tokës
Rrymat e mëdha shkaktojnë rënie të tensionit në gjurmët e tokës ose në strehët metalike, duke krijuar potenciale të pabarabarta të tokës midis skajit të zgjidhjes dhe skajit të dekoderit, duke formuar tensione të modalitetit të përbashkët.

4. Ndërlidhja ndërmjet linjave
Kur parzmoret e zgjidhësve shkojnë paralel me kabllot fazore, zbarrat, etj., kapaciteti parazitar dhe induktiviteti i ndërsjellë ndërmjet linjave çiftëzojnë ndërhyrjet.

IV. Manifestimet tipike të shtrembërimit

Në një oshiloskop, sinjalet sinus/kosinus nën EMI të fortë mund të shfaqen në format e mëposhtme.

1. Mbivendosje e defekteve me frekuencë të lartë
Pikat dhe zile të sinkronizuara me skajet PWM shfaqen në mbajtës. Kjo ndodh sepse rrymat me frekuencë të lartë të krijuara gjatë momenteve të ndërrimit bashkohen në linja sinjalizuese përmes kapacitetit parazitar. Amplituda e defekteve mund të arrijë dhjetëra mV ose edhe qindra mV, ndërsa amplituda normale e sinjalit diferencial është zakonisht vetëm disa volt, duke rezultuar në një rënie të konsiderueshme në SNR.

2. Zhurma e modalitetit të përbashkët në modalitetin diferencial
Sinjalet diferenciale janë teorikisht të ndjeshme vetëm ndaj diferencës së tensionit midis dy telave dhe kanë aftësi refuzimi ndaj ndërhyrjeve të modalitetit të përbashkët. Megjithatë, kabllot aktuale, lidhësit dhe rrjetet e filtrave nuk janë kurrë krejtësisht simetrike. Kur hyn interferenca e modalitetit të përbashkët me frekuencë të lartë, një pjesë e saj shndërrohet në tension të modalitetit diferencial dhe mbivendoset në sinjalet sinus/kosinus. Kjo zhurmë shpesh shfaqet si 'fuzz' periodike në zarf.

3. Prerja dhe ngopja
Kur amplituda e interferencës është e madhe dhe kulmi i sinjalit të mbivendosur tejkalon diapazonin e hyrjes RDC ose shinat e furnizimit me op-amp, majat e formës së valës 'këputen'. Prerja shkatërron drejtpërdrejt mbështjellësin sin/cos, duke shkaktuar gabime të rënda jolineare në këndin e dekoduar.

4. Zhvendosja e kompensimit DC
Komponentët me frekuencë të ulët në ndërhyrje, rrymat e lakut të tokës ose efektet e korrigjimit mund të shkaktojnë një zhvendosje DC në sinjal, duke e bërë formën e valës asimetrike. Dekodimi RDC zakonisht supozon sinjale të pastra AC; kompensimi çon në gabime në kënd dhe valëzim të shpejtësisë.

5. Shtrembërimi harmonik
Jolineariteti i materialeve magnetike dhe intermodulimi ndërmjet interferencës dhe bartësit të ngacmimit gjenerojnë komponentë harmonikë. Pasi harmonikët hyjnë në RDC, ato mund të demodulohen në gabime harmonike të rendit të lartë në kënd, duke u shfaqur si valëzim çift rrotullues ose zhurmë.

6. Çekuilibri i amplitudës sinus/kosinus dhe zhvendosja fazore
Nëse dy shtigjet e sinjalit për sin dhe cos kanë parametra të ndryshëm filtri, gjatësi kabllore ose impedanca të kontaktit të lidhësit, të dy kanalet ndikohen ndryshe nën ndërhyrje të forta, duke rezultuar në mospërputhje amplitude ose zhvendosje faze. RDC llogarit këndin bazuar në sinθ/cosθ; amplituda ose disbalanca fazore prodhon drejtpërdrejt gabime në kënd.

V. Ndikimi i shtrembërimit në sistem

Shtrembërimi i sinjalit nuk është thjesht një 'çështje vizuale' në oshiloskop; reflekton drejtpërdrejt në performancën e sistemit:

·  Zhurma e daljes këndore : Zhurma e demoduluar nga RDC shkakton nervozizëm me frekuencë të lartë në vlerën e këndit, duke përforcuar zhurmën e reagimit të shpejtësisë.

·  Gabimet periodike të këndit : Shtrembërimi i mbështjellësit dhe harmonikat shkaktojnë gabime të këndit që ndryshojnë periodikisht me pozicionin e rotorit, duke çuar në luhatje të rrymës së boshtit dq dhe në valëzim të çift rrotullues.

·  Defektet dhe humbja e bllokimit : Ndërhyrjet e rënda mund të bëjnë që laku i gjurmimit RDC të humbasë bllokimin, duke rezultuar në kërcime në kënd dhe duke shkaktuar mbrojtje nga mbirryma ose mbitension.

·  Degradimi i performancës së sistemit : Në automjetet elektrike, kjo mund të çojë në reduktim të efikasitetit të motorit, rritje të dridhjeve dhe zhurmës, madje edhe në kompromentimin e sigurisë së automjetit.

VI. Si të identifikoni dhe zgjidhni problemet

Në korrigjimin praktik, metodat e mëposhtme mund të përcaktojnë shpejt nëse sinjalet e zgjidhësit ndikohen nga EMI e fortë:

·  Përdorni  sonda diferenciale  për të matur S1-S3 dhe S2-S4, duke shmangur sondat me një skaj që mund të krijojnë unaza tokësore.

·  Vëzhgoni njëkohësisht sinjalin e ngacmimit dhe sinjalet dalëse për të përcaktuar nëse interferenca futet përmes anës së ngacmimit.

·  Krahasoni format e valëve me motorin e palëvizshëm kundrejt funksionimit, dhe me ndezjen e PWM kundrejt fikur, për të përcaktuar nëse interferenca buron nga qarku i fuqisë.

·  Përdorni FFT-në e oshiloskopit për të analizuar spektrin e interferencës dhe për të kontrolluar nëse ai përkon me frekuencën e bartësit PWM ose harmonikat e skajit.

·  Matni tensionin e modalitetit të përbashkët të dy linjave në tokë për të vlerësuar nivelin e ndërhyrjes së modalitetit të përbashkët.

VII. Masat e Shtypjes

Shtypja e shtrembërimit kërkon përpjekje të njëkohshme në tre fronte: burimin e ndërhyrjes, rrugën e bashkimit dhe marrësin.

1. Optimizoni parzmoren e instalimeve elektrike dhe mbrojtjen

·  Përdorni çifte të përdredhura të mbrojtura për linjat e sinjalit të zgjidhësit, me mburojën e tokëzuar në një pikë të vetme në fundin e dekoderit për të shmangur unazat e tokës të shkaktuara nga tokëzimi me dy skaje.

·  Drejtoni linjat e sinjalit veçmas nga kabllot e energjisë, duke shmangur drejtimet e gjata paralele; nëse kalimi është i pashmangshëm, kryqëzoni ato pingul.

·  Nëse është e nevojshme, përdorni kanale metalike ose mbrojtje me dy shtresa për të përmirësuar efektivitetin e mbrojtjes me frekuencë të lartë.

2. Filtrim dhe mbrojtje

·  Shtoni mbytje të modalitetit të zakonshëm dhe filtra RC me kalim të ulët në hyrjen RDC për të shtypur zhurmën e modalitetit të zakonshëm dhe defektet me frekuencë të lartë.

·  Frekuenca e ndërprerjes së filtrit duhet të jetë më e lartë se frekuenca e ngacmimit të zgjidhësit duke shmangur vonesën e tepërt të fazës, e cila përndryshe do të shkaktonte gabime të reja këndore.

·  Shtoni pajisje mbrojtëse të tilla si tubat TVS për të parandaluar mbitensionet kalimtare nga dëmtimi i qarkut të dekoderit.

3. Paraqitja dhe tokëzimi

·  Vendoseni tabelën e dekoderit sa më afër lidhësit të zgjidhjes për të shkurtuar gjurmët e sinjalit analog.

·  Ndani tokën analoge nga toka elektrike, duke i lidhur ato në një pikë të vetme për të parandaluar që rrymat e mëdha të rrjedhin nëpër tokën analoge.

·  Kushtojini vëmendje vazhdimësisë së mburojës në përzgjedhjen e lidhësit, duke u siguruar që mburoja të mos thyhet në lidhës.

4. Trajtimi anësor i ngacmimit

·  Përdorni çifte të përdredhura të mbrojtura gjithashtu për linjat e ngacmimit dhe shtoni filtrim në furnizimin me energji ngacmuese.

·  Shmangni ndarjen e lidhësve ose parzmoreve ndërmjet sinjaleve të ngacmimit dhe kabllove të energjisë.

5. Masat sistemore dhe algoritmike

·  Zgjidhni çipat RDC me aftësi të forta kundër ndërhyrjeve, të tilla si ato me demodulim sinkron të integruar dhe filtrim dixhital.

·  Në softuer, aplikoni filtrimin, kufizimin e shpejtësisë dhe kontrollet e besueshmërisë në sinjalin e këndit për të parandaluar që impulset individuale të ndërhyrjes të shkaktojnë anomali kontrolli.

·  Optimizoni shpejtësitë e lëvizjes së skajeve PWM dhe shtoni qarqe snubber për të reduktuar ndërhyrjen në burim.

VIII. konkluzioni

Zgjidhësi magnetorezistues është në thelb një sensor i fortë, por daljet e tij sinus/kosinus janë sinjale analoge të nivelit të ulët që janë të ndjeshëm ndaj shtrembërimit nën EMI të fortë. Kuptimi i burimeve të ndërhyrjeve dhe shtigjeve të bashkimit, dhe zbatimi i mbrojtjes, filtrimit, tokëzimit dhe paraqitjes së duhur, janë thelbësore për të siguruar saktësinë dhe besueshmërinë e reagimit këndor.

Për inxhinierët, forma e valës në oshiloskop është 'raporti shëndetësor' më i mirë. Sa më herët të zbulohet shtrembërimi i sinjalit, aq më i ulët është probabiliteti i problemeve të sistemit.